2.2 ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS
2.2.1 Estabilização betuminosa
Entende-se por estabilização betuminosa o processo pelo qual se estabiliza uma sub-base, uma base e, eventualmente, um revestimento primário, com adição de
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material asfáltico ao solo ou mistura de solos, seguido de uma adequada energia de compactação, obtendo suporte adequado ao tráfego sob quaisquer condições climáticas.
Consiste na mistura de solos pulverizados (argila, silte e areia) de jazidas próximas do local da obra, com água e emulsão asfáltica, visando alterar ou melhorar as propriedades do solo de modo que apresentem características para funcionar como material estabilizado para base ou sub-base, impermeabilizando e aumentando seu suporte.
A estabilização betuminosa incorpora e melhora as características de um solo através da coesão, atrito e impermeabilidade (insensibilidade à água). O material asfáltico misturado ao solo tem ação ligante ou impermeabilizante, ou as duas ao mesmo tempo.
As condições de aplicabilidade devem ser analisadas como segue:
a) Quando na região há predominância de materiais argilosos que, mesmo submetidos a qualquer possível correção com outros materiais locais, não se enquadram nas especificações para estabilizações puramente mecânicas;
b) Quando só se dispõe de materiais arenosos, sem qualquer coesão;
c) Quando só se dispõe de misturas dos solos anteriores ou materiais expansivos. Além disso, os parâmetros que devem ser considerados para definir a aplicabilidade da estabilização betuminosa ou solo-betume são as seguintes:
- rodovia com baixo volume de tráfego; - região com baixo índice pluviométrico; - região com topografia pouco acidentada; - materiais locais de boa qualidade;
- se rodovia já existente, esta deve apresentar: um bom traçado, obras-de-arte corrente suficientes, eficientes sistemas de drenagens, base ou revestimento primário de boa qualidade.
Mesmo apresentando todas essas características devem-se ainda estudar alternativas técnicas para comparação, sempre buscando soluções de baixo custo e que apresentem viabilidade técnico-econômica. Embora a princípio possam ser utilizados todos os tipos de ligantes betuminosos, para a escolha do ligante é fundamental associar fatores que facilitem a condução do processo para se obter resultado satisfatório da camada estabilizada. Neste contexto, as emulsões têm sido mais viáveis.
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Como já comentado, a emulsão é o principal agente da estabilização betuminosa, pois dá coesão aos solos arenosos e impermeabiliza os solos argilosos, cortando as ascensões capilares. As propriedades químicas dos solos devem ser conhecidas, principalmente os cátions ligados à fração argila de carga negativa (KÉZDI, 1979, LELU, 1965). Por isso, a emulsão utilizada depende diretamente do tipo de solo a ser estabilizado.
É possível a melhoria das características físicas de qualquer solo. No entanto, como regra empírica, em geral admite-se que o índice de plasticidade não deve ultrapassar 18%. Na prática também existem limitações técnicas e econômicas ao processo de solo-emulsão. É óbvio que, por razões econômicas, deve-se procurar utilizar os agregados locais e esgotar todos os estudos necessários procurando obtê-los ao mais baixo custo. Os agregados intervêm na mistura solo-emulsão, portanto a economia com transporte e avaliação das propriedades é fundamental para o conjunto. Escolhida a granulometria que vai ser utilizada por razões técnicas, é necessário combinar os materiais disponíveis em proporções adequadas para que a curva granulométrica resultante se situe dentro de limites estabelecidos. Quanto mais fino o solo, maior será a quantidade de asfalto usado, porém excesso além do necessário para encher os vazios do solo compactado na densidade máxima causará diminuição na estabilidade, pois o betume passa a agir como lubrificante.
Para que se possa dosar a quantidade de emulsão para obter êxito na estabilização, deve-se procurar entender a maneira com o betume age quando misturado ao solo, ou seja, o mecanismo da estabilização betuminosa. Existem diversas teorias para explicação deste mecanismo, sendo mais comuns duas: a chamada mistura íntima e a vedação modificada. A teoria da mistura íntima considera as partículas ou grãos do solo individualizados e envolvidos por película betuminosa que mantêm as partículas unidas, agindo como elemento ligante, dando coesão ao sistema. Naturalmente, quando se adiciona betume ao solo, deve-se previamente pulverizar o último, individualizando suas partículas. A adição de betume, após a pulverização e mistura íntima, envolve as partículas e fornece coesão sem destruir o atrito entre elas. Assim, a quantidade de betume a ser aplicado não deve ser exagerada, pois uma espessura de película muito grande baixaria o atrito causando redução na coesão, passando o betume a agir como
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um lubrificante. Deve-se na dosagem procurar a espessura ótima que dê a melhor condição de estabilidade.
Quando se trata solo argiloso coesivo, não se aplica a teoria da mistura íntima, pois este tem grande área superficial e não é possível individualizar as partículas. Para envolvimento completo dos grãos do solo argiloso, torna-se necessária quantidade elevada de asfalto, o que se tornaria antieconômico.
Quando são solos granulares é possível a aplicação desta teoria, considerando-se que as partículas podem ser individualizadas e envolvidas por uma película de material betuminoso. A área superficial menor desses tipos de solo exige pequena porcentagem de betume para envolvimento completo das partículas sem prejudicar o atrito interno e fornecendo ao conjunto suficiente coesão.
Na teoria da vedação modificada, o betume tem por finalidade proteger a coesão hidráulica existente nos solos coesivos e evitar a lubrificação entre partículas, impedindo que a água tenha acesso aos grupamentos de partículas do solo pela vedação de seus poros, dando ao conjunto suficiente estabilidade pelo desenvolvimento de força coesiva. Forma-se uma película contínua que envolve os grãos externos das partículas. O betume age como elemento impermeabilizante e cimentante, o sistema solo-betume fica constituído de estrutura formada de partículas secundárias resultantes dos agrupamentos das partículas de diversos tamanhos, impermeabilizadas e cimentadas pelo material asfáltico. O mecanismo físico-químico do solo-emulsão deve ser entendido para melhor proveito desta técnica de estabilização para pavimentação.
O solo genericamente é considerado como componente constituído por pequenos grãos o que proporciona grande superfície específica. A solução aquosa é tratada como solução constituída essencialmente por solvente e soluto tenso-ativo. Pode-se dizer que tal subsistema é constituído por uma substância com características absorventes (solo) e outra com características de adsorvato que é substância tenso-ativa (GUARÇONI, 1994). Ao se misturar completamente esses sistemas, ocorrem certas reações físico- químicas. Seja qual for o estabilizante usado, a escolha do produto deve ser baseada no efeito desejado a ser acrescentado ao solo. Devem ser feitos ensaios para se avaliar a efetividade da estabilização.
Os efeitos pretendidos com a estabilização betuminosa são basicamente:
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envolvimento dos grãos de solo com o filme asfáltico, não tão fino a ponto de vencer o atrito intergranular, mas espesso o suficiente para promover o efeito adesivo entre os grãos (KÉZDI,1979);
- Melhorar a Impermeabilidade promovida pela ruptura da emulsão com a coalescência de várias partículas de ligante formando aglomerados betuminosos de volumes diversos, espalhados pela massa de solo (MATTOS et al, 1991). O objetivo de qualquer método de dosagem é encontrar um teor dito “ótimo”, sob algum critério de avaliação, que pode ser, por exemplo: máxima densidade, umidade ótima total considerando a água já existente na emulsão ou máxima resistência ao cisalhamento. Para se conseguir o teor ótimo de emulsão, usando parâmetro de resistência, é necessária a mistura do solo com vários teores de emulsão, verificando variações em relação ao parâmetro para o qual está sendo feita a dosagem.
No âmbito brasileiro, uma pesquisa feita pelo IPR/DNER na década de 1980 propôs um procedimento de dosagem e uma especificação de serviço de solo-emulsão que se baseia em preparar corpos-de-prova com teores de emulsão asfáltica de 0, 2, 4, 6, 8 e 10%, compactados em moldes tipo MCT, levados à estufa a 60ºC durante 6 horas. Depois de retirados da estufa e esfriados ao ar, são imersos em água por 24h, após o qual se faz o ensaio Mini-CBR (MATTOS et al, 1991).
Calcula-se o teor ótimo de emulsão considerando o teor de fluidos remanescente após a secagem e o ganho após imersão, sendo o teor de fluídos a soma dos teores de água e de ligante betuminoso. São traçados os pares % de emulsão versus teor de fluido para as duas condições (após a secagem e após a imersão).
Para cada condição, é gerada uma reta passante pelos pares ordenados encontrados. Na interseção delas, obtém-se o teor ótimo de emulsão e o teor ótimo de fluídos para a compactação. Tem-se o CBR correspondente a este ponto ótimo, sendo assim o teor correspondente a esse CBR o teor de dosagem a ser aplicado (MATTOS et
al,1991). Resumidamente, obtém-se: - Determinação da % de emulsão;
- Determinação da % de água de diluição; - Determinação da água de dispersão;
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Vários ensaios de resistência são utilizados para se definir o teor de emulsão, descritos por vários autores, tais como:
• CBR;
• resistência à compressão simples; • resistência a tração indireta;
• estabilidade pelo ensaio de penetrômetro de cone ou pelo Marshall modificado; • tração pelo coesímetro de Hveem.
Em quaisquer dos métodos a ser adotado, o solo, em seu estado natural, inicialmente deve ser caracterizado pela granulometria e limites de consistência. O conhecimento dessas características auxilia na definição do tipo de ligante, da incorporação ou não de aditivos ou da necessidade de mistura de solos sob o ponto de vista tradicional.
Mais recentemente, são usados ensaios de Módulo de Resiliência para verificar os benefícios estruturais provenientes da estabilização asfáltica, além da classificação MCT para melhor caracterizar os solos destas misturas (DUQUE NETO, 2004; MICELI, 2006; SANT’ANA et al, 2007; entre outros).
O presente trabalho aproveita também sugestões feitas por Duque Neto (2004): - Acompanhamento de trechos com diferentes solos e técnicas de aplicação; - Estudo da melhoria das características mecânicas dos solos quando adicionado
resíduo de xisto ou emulsão (solo-betume) a partir do comportamento resiliente e metodologia MCT da mistura;
- Pesquisar com maior detalhe e maior número de variações a utilização de ensaios de desgaste (LWT, WTAT) para a dosagem do Tratamento Anti-Pó e solo emulsão.
Com o avanço da Mecânica dos Pavimentos, surgiram ensaios bem mais avançados que os existentes na década de 1970 e 1980 e considerados nas especificações gerais brasileiras. Estes melhoram a avaliação dos materiais e da resistência do pavimento: sai de cena a análise empírica e entra em seu lugar a análise mecanística, baseada em medições de tensões e deformações medidas em equipamentos bem mais adequados como o triaxial dinâmico (MICELI, 2006).
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